技术概况

制备氮化铝陶瓷制品的工艺流程一般由原料处理、粉体合成、粉料处理、成形、生坯处理，烧结和陶瓷体处理等环节组成。

氮化铝陶瓷制备工艺的类型主要是按合成、成型和烧结的不同方法和次序区分的。

1、反应烧结（RS）

反应烧结氮化铝是把Si粉或Si粉与Si3N4粉的混合物成形后 ,在1200 ℃左右通氮气进行预氮化,之后机械加工成所需件,最后在 1400 ℃左右进行最终氮化烧结。在此过程中不需添加助烧剂等,因此高温下材料强度不会明显降低。同时,反应烧结氮化铝具有无收缩特性,可制备形状复杂的部件,但因制品致密度低70 %～90 % ,存在大量气孔,力学性能受到较大的影响。

2、常压烧结( PLS)

常压烧结氮化铝是以高纯、超细、高α相含量的氮化铝粉末与少量助烧剂混合,通过成形、烧结等工序制备而成。在烧结过程中,α相向液相溶解, 之后析出在β- Si3N4晶核上变为β- Si3N4，这有利于烧结过程的进行。烧结时必须通入氮气 ,以抑制Si3N4的高温分解。常压烧结可获得形状复杂、性能优良的陶瓷 ,其缺点是烧结收缩率较大 ,一般为16 %～26 %,易使制品开裂变形。

3、重烧结（PS）

将反应烧结的Si3N4烧结坯在助烧剂存在的情况下,置于氮化硅粉末中,在高温下重烧结,得到致密的Si3N4制品。助烧剂可在硅粉球磨时引入,也可用浸渍的方法在反应烧结后浸渗加入。由于反应烧结过程中可预加工,在重烧结过程中的收缩仅有6 %～10 %,所以可制备形状复杂,性能优良的部件。

4、热压烧结（HP）

把氮化铝粉末与助烧剂置于石墨模具,在高温下单向加压烧结。由于外加压力提高了烧结驱动力,加快了α→β转变及致密化速度。热压法可得到致密度大于95 %的高强氮化铝陶瓷,材料性能高,且制造周期短。但是这种方法只能制造形状简单的制品 ,对于形状复杂的部件加工费用高 ,而且由于单向加压 ,组织存在择优取向 ,使性能在与热压面平行及垂直方向有差异。

5、气压烧结( GPS)

气压烧结是把Si3N4压坯在5～12MPa的氮气中于1800～2100 ℃下进行烧结。由于氮气压力高 ,从而提高了Si3N4的分解温度 ,有利于选用能形成高耐火度晶间相的助烧剂 ,来提高材料的高温性能。

6、热等静压法( HIP)

将氮化铝及助烧剂的混合物粉末封装到金属或玻璃包套中 ,抽真空后通过高压气体在高温下烧结。常用的压力为200MPa ,温度为 2000℃热等静压氮化硅可达理论密度,但它工艺复杂,成本较高。

近年来还发展了其他一些烧结和致密化工艺,如超高压烧结、化学气相沉积、爆炸成形等。

氮化硅陶瓷国内市场简述

氮化铝陶瓷主要是作为高温结构及工程材料被研究、开发、应用。氮化硅制品已经形成商品，投放市场，主要用在机械、化工、冶金、航空、能源、建材、半导体等工业上，作某些设备及产品的零部件。氮化铝年需求量(国内)在27万吨以上，而国内生产量仅10万吨左右；氮化铝作为结构钢的增氮剂，能提高钢的综合性能，年市场需求量在6万吨以上。在钢铁生产中作为耐火材料需求量超过10万吨；作为深加工原料如氮化铝轴承、发动机外壳、刀具等产品，年需求量约6万吨。市场前景广阔。

来源：佳日丰泰电子材料圈整理